O cofundador do Ethereum propôs uma proposta de longo prazo para substituir o EVM pelo RISC-V

O cofundador do Ethereum recentemente propôs uma proposta de longo prazo à comunidade, sugerindo substituir a máquina virtual da camada de execução atual pela arquitetura de conjunto de instruções RISC-V de código aberto. Ele comparou essa ideia com a Beam Chain da camada de consenso, acreditando que esta pode ser a única via viável para alcançar um avanço no desempenho da camada de execução e simplificar a lógica do protocolo. Especialmente em termos de eficiência das provas de conhecimento zero, espera-se que a substituição da máquina virtual possa resultar em uma melhoria de até 100 vezes. A proposta visa resolver os problemas de gargalo atuais do Ethereum em relação à eficiência das provas de conhecimento zero, complexidade da construção de blocos, disponibilidade de dados, entre outros.

Limitações da máquina virtual atual e vantagens do RISC-V

Problemas atuais da máquina virtual:

1. Arquitetura desatualizada: usa uma estrutura de pilha de 256 bits, incompatível com CPUs modernas, resultando em eficiência reduzida na execução de provas de conhecimento zero.
2. Gargalo da prova de conhecimento zero: cerca de metade dos recursos é utilizada para executar a própria máquina virtual, limitando a eficiência da prova.
3. Manutenção difícil: Acúmulo de funcionalidades complexas ao longo dos anos, normas confusas, algumas funcionalidades são difíceis de eliminar.
4. Desenvolvimento limitado: a limitação do conjunto de instruções não padrão restringe o suporte entre linguagens, tornando difícil compilar eficientemente linguagens populares em bytecode.

Vantagens do RISC-V:

1. Alto desempenho: RISC-V é um conjunto de instruções reduzido para CPUs reais, amigável ao hardware, que pode ser utilizado para otimização de compilação em tempo real e até aceleração de hardware.
2. Otimização de conhecimento zero: gerar circuitos de instruções RISC-V diretamente na prova é mais simples do que provar operações de máquinas virtuais existentes.
3. Cadeia de ferramentas madura: suporta linguagens populares como Rust/C/C++, com barreiras de entrada mais baixas e um ecossistema mais amplo.
4. Padrões Gerais: Já adotados por outros projetos de blockchain, com casos de sucesso.

O cofundador do Ethereum apontou que, em vez de compilar máquinas virtuais existentes para RISC-V em provas de conhecimento zero, é melhor usar o RISC-V diretamente como a arquitetura de execução de contratos, aumentando fundamentalmente a eficiência de execução e o potencial de escalabilidade.

Substituição de Caminhos e Desafios

Três soluções de substituição:

1. Duas máquinas virtuais coexistindo (mais conservador): as máquinas virtuais nova e antiga operam em paralelo, e os novos contratos podem optar pelo RISC-V, garantindo a compatibilidade durante o período de transição.
2. Solução de interpretador em cadeia (radical): todos os contratos antigos são interpretados e executados por contratos RISC-V em cadeia.
3. Mecanismo de plugin do interpretador (compromisso): considerar o interpretador como um elemento do protocolo, permitindo a inserção futura de outras máquinas virtuais.

Desafios técnicos enfrentados na implementação:

1. Risco de deterioração do desempenho de execução: O RISC-V precisa ser executado em simulação em chips x86, podendo inicialmente ter uma eficiência inferior à das máquinas virtuais existentes otimizadas.
2. A precificação do Gas precisa ser reestruturada: é necessário definir um novo modelo de Gas para as instruções RISC-V, garantindo equidade e segurança.
3. Design de sandbox de segurança: limitar chamadas de sistema, prevenir auto-modificação de código, garantir execução determinística.
4. Adaptação das ferramentas de desenvolvimento: é necessário atualizar o compilador, depurador e ferramentas de auditoria de segurança, suportando o bytecode RISC-V.
5. Problemas de compatibilidade de migração: alguns contratos dependem de características existentes da máquina virtual, a migração deve ser cuidadosamente projetada com uma camada de compatibilidade ou mecanismo de fallback.

O cofundador do Ethereum tende a adotar um plano de coexistência de duas máquinas virtuais como um caminho de transição, e se compromete a manter a interoperabilidade entre os contratos antigos e novos, garantindo que a experiência do desenvolvedor permaneça inalterada e que os usuários não sintam a atualização.

Impacto nas Rotas de Escalabilidade Existentes

RISC-V não irá substituir as rotas de escalabilidade existentes, mas sim atuar como uma otimização da infraestrutura.

Layer 2：

• Rollup continua a ser o principal impulsionador da escalabilidade do Ethereum, o RISC-V melhora a eficiência de processamento do L1 e o desempenho da verificação de conhecimento zero.
• A validação L1 mais rápida pode ajudar o Rollup a submeter dados a um custo mais baixo e de forma mais rápida, aumentando a escalabilidade geral.

Fragmentação de dados e EIP-4844:

• O gargalo de disponibilidade de dados ainda precisa ser resolvido pelo EIP-4844 e Danksharding, o RISC-V não afeta a capacidade de dados na cadeia.
• A alteração da arquitetura de execução não altera os requisitos de armazenamento de dados da L1.

FaaS, MEV:

• Independente da arquitetura da máquina virtual, não se tornará obsoleto devido ao avanço do RISC-V.

De um modo geral, RISC-V é o "motor de troca", L2/particionamento é a "rede de expansão", os dois têm dimensões diferentes, mas não são contraditórios.

Feedback da comunidade e tentativas relacionadas

Divergência na comunidade:

• Os apoiantes acreditam que esta é uma atualização estratégica necessária para enfrentar os desafios de outras blockchains de alto desempenho, ajudando a atrair desenvolvedores tradicionais.
• Os conservadores estão preocupados com a dificuldade de implementação, o peso histórico, os altos custos de atualização da cadeia de ferramentas ecológicas, e questionam a relação custo-benefício dos recursos investidos.

Projetos semelhantes de referência:

• Move VM: Uma nova VM orientada a recursos, com forte segurança de linguagem, mas não compatível com as máquinas virtuais existentes.
• FuelVM: Nova VM projetada para processamento paralelo, compatível com a linguagem Sway, com compatibilidade limitada.
• WASM: Introdução do WASM como linguagem de contrato no L2, já implementado em algumas plataformas, com viabilidade prática.
• Outros projetos de blockchain: o uso de RISC-V como VM de contrato no mainnet é um precedente que fornece referência prática para Ethereum.

O cofundador do Ethereum afirmou que a proposta do RISC-V não significa rejeitar outras opções, acreditando que mecanismos de interpretadores no futuro também podem ser usados para inserir VMs como Move, WASM, construindo um ecossistema de execução diversificado.

Perspectivas de Impacto Futuro

Experiência do desenvolvedor:

• Linguagens como Solidity/Vyper ainda podem ser usadas, a mudança é no backend do compilador e não na linguagem em si.
• Poderá ser possível abrir contratos escritos em novas linguagens como Rust/C, mas a migração não será obrigatória.

Custos operacionais e desempenho:

• A melhoria da eficiência de execução trará um limite de Gas mais alto e taxas mais baixas.
• O contrato RISC-V pode reduzir a dependência de contratos pré-compilados, e o modelo de Gas está mais próximo do custo de prova de conhecimento zero.

Compatibilidade ecológica e desenvolvimento:

• Durante o período de coexistência da dupla VM, os contratos existentes podem continuar a funcionar, enquanto os novos contratos adotam gradualmente o RISC-V.
• A infraestrutura deve suportar o novo formato de bytecode, o que pode causar alterações na compatibilidade entre cadeias.

Segurança e estabilidade:

• A nova arquitetura precisa de testes abrangentes e validação formal para aumentar a confiabilidade do protocolo.
• Uma camada de execução mais simplificada é benéfica para auditoria e controle da superfície de ataque.

Conclusão

O co-fundador do Ethereum propôs substituir a máquina virtual existente por RISC-V, representando uma profunda reflexão do Ethereum sobre os limites de desempenho futuros e a simplicidade do protocolo. Esta proposta ainda está em fase de discussão inicial e a implementação deverá ser um processo que levará vários anos, enfrentando múltiplos desafios técnicos, comunitários e ecológicos. Não se trata de derrubar a rota existente, mas sim de reforçar a base e preparar o futuro.

Como ele disse: "Para alcançar um aumento de magnitude, essa mudança radical pode ser o único caminho viável."

Isto pode ser visto como uma aposta no futuro, e também uma exploração profunda sobre se "a base merece ser remodelada".